荔枝园智能灌溉决策系统模糊控制器设计与优化

为解决荔枝园灌溉中水资源浪费严重的问题,根据现有装备条件,设计了基于无线传感器网的模糊专家决策系统,并对系统的模糊控制器进行优化以提升系统整体性能。该系统通过网关节点实时接收来自传感器节点采集的荔枝园环境信息,选择土壤实测含水率与预设土壤最佳含水率的误差及其变化率作为决策因子,得出预测灌溉值等决策结果。通过Matlab仿真并进行果园实地试验,分析该系统的有效性。仿真结果表明,该智能灌溉系统能结合荔枝园土壤含水率情况进行适时、适量灌溉,有效实现了经济灌溉,并且优化后的模糊灌溉系统实现了更高的暂态性能、控制精度及抗干扰性,系统响应时间更快。试验结果表明,基于模糊控制器的智能灌溉系统能有效地对荔枝园灌溉进行控制,使荔枝园土壤含水率维持在17.8%左右,符合荔枝树的生长环境;同时,基于优化后的模糊控制器的智能灌溉系统将荔枝园土壤含水率平均值控制在17.6%,更接近系统预设的荔枝园土壤最佳含水率17%,并且具有更高的控制精度、更强的抗干扰性与实用性。     

基于ZigBee和模糊控制决策的自动灌溉系统的设计

针对节水灌溉受多种因素影响难以建立精确控制模型的特点,为了实现作物的自动、实时与适量灌溉,设计了基于ZigBee和模糊控制决策的全自动灌溉系统。该系统通过ZigBee无线传感器网络采集土壤水势与环境气象信息,由农田蒸散量和土壤水势作为输入,以作物需水量为输出,采用模糊推理规则,使用分段模糊控制策略获得了作物的需水量,构成智能灌溉系统;采用ARM9微处理器,基于嵌入式Linux开发了网关节点,实现了数据的汇聚和GPRS通信方式的远程数据及命令转发。试验结果表明:该系统能快速准确地计算出作物的需水量,经济实用,有效地实现了全自动节水灌溉,特别适用于中小型灌溉区域的精细灌溉。     

宁夏引黄灌区智能节水灌溉模式与技术研究

针对宁夏引黄灌区传统大灌大排的灌溉模式,提出根据土壤湿度适时、适量合理的灌溉原则,设计利用传感器、无线通信技术、自动监控、物联网等技术的精准节水灌溉系统。通过传感器感应土壤水分,实时采集用水量、水位参数,无线通信网络传输数据,程序阈值设置土壤含水率、空气湿度等参数策略,控制灌溉系统的水泵自动开启与关闭,实现一种远程监控用水量的智能节水灌溉模型。     

基于Cortex-M3的农作物生长参数监测系统设计

为了快速、全面地获取农作物生长过程中的参数变化(土壤墒情、雨量、地下水位),满足农业生产对信息的需求,提高粮食产量,设计开发了基于Cortex-M3的农作物生长参数监测系统。系统用多种智能传感器组成传感器网络,能够实时采集雨量、土壤含水率和地下水位数据,经软件解析、处理后,通过GPRS网络实现数据的无线传输。系统供电采用太阳能电池板和铅酸蓄电池两种方式,提高了设备野外工作的稳定性。硬件设计采用Cortex-m3内核的stm32f103作为MCU,相比于ARM系列,功耗降低了1/4,速度快了1/3。软件设计开发了数据采集、无线通信和在线访问等程序,通过浏览器,即使在远离监测点的异地,也能够实时查看设备状态和访问历史数据。经实践验证,系统能实现数据的稳定传输,适合农作物生长参数的实时监测。     

基于无线传感器网络的农田灌溉远程监控系统

为了实现自动灌溉控制,节约农田灌溉用水,设计了一套集农田土壤温湿度监测、泵和电磁阀控制、远程管理的灌溉远程监控系统.该系统以433 MHz频率为核心开发无线传感器网络节点,完成农田土壤温湿度实时监测.基于ARM9微处理器S3C2410构建基站,对比已存储在数据库中的限值,由基站控制泵和电磁阀的启闭,并通过GPRS无线传输方式进行灌溉系统的远程实时监控,远程监控中心采用Citect组态软件实现数据、人机界面管理.试验中,选用4组无线传感器网络节点,分别测得25 cm深度土壤的温度和湿度,数据采样时间间隔为30 min,基站根据土壤信息控制泵与阀门的开闭,并通过GPRS无线网络传输至远程监控中心.试验表明系统使用灵活、功耗低、人机界面友好,能较好地满足农田灌溉远程监控的应用需求.     

基于无线传感器网络的节水灌溉远程监控系统

为了节约农田灌溉用水,提高水资源的使用效率,提出了一种基于无线传感器网络与GPRS网络相结的农田自动节水灌溉远程监控系统,该系统由中央监控计算机、灌溉监测控制器、无线传感器网络、GPRS模块和阀门控制器组成。系统以单片机为控制核心,由无线传感器节点、无线路由节点和无线网关实时监测土壤含水率变化,根据土壤含水率和农田用水规律实施精确灌溉。系统实现了节水灌溉的自动化控制,改善了农业灌溉水资源的高效利用和灌溉系统自动化水平。实验结果表明,整个系统的伸缩性较好,当土壤含水率太高或某种因素导致某些传感器节点损坏,系统中的其他部分仍能持续正常工作,具有自组织重新恢复的功能。监控中心能够实时地显示出各节点的土壤含水率参数和阀门的启停状况,实现节水灌溉的远程监控。     

基于LORA通信的山地果园灌溉系统

为解决目前山地果园果树灌溉系统存在作用范围小、中继节点布置多和系统部署成本高等问题,本文设计了基于LORA通信的山地果园灌溉系统。该系统通过信息采集终端节点实时采集果园的土壤含水率,通过LORA无线通信网络将土壤信息发送至山地通信控制节点内的路由与控制模块;路由与控制模块对数据进行打包处理,将数据包通过无线分组网(GPRS)将处理后的数据包传输到云服务器;最终,通过不同客户端对云服务器内信息进行展示,实现人机交互。经测试,系统采用直连的方式在面积为20 hm2的山地果园中,通信覆盖面积可达92%以上,较Zig Bee通信方式,可节省中继节点;其长距离通信特点,为系统部署地点提供了更灵活的选择。     

丘陵地区蓝莓园智能灌溉决策系统设计

针对丘陵地区蓝莓园灌溉过程中水资源浪费严重、劳动力严重短缺的问题,基于物联网技术,研究并设计了一套智能灌溉决策系统。系统包括信息采集模块、无线通信模块、智能决策模块和灌溉执行模块。信息采集模块通过布设的土壤水分传感器和小型气象站实时采集蓝莓园土壤墒情信息和环境信息（风速、降雨量、温度、湿度）;无线传输模块将信息采集模块采集到的数据实时发送到服务器端进行分析处理,并将智能决策模块的计算结果传送给灌溉执行模块;智能决策模块中,基于前期采集的历史数据使用彭曼公式和土壤水平衡公式建立灌溉决策模型,实现蒸腾量和灌溉量的计算以及实时监控与报警,该模型可根据实时获取的数据,确定是否需要灌溉及最优的灌溉量;灌溉执行模块根据接收到的灌溉信息及实际的灌溉速度计算灌溉时间,进行远程灌溉;以Visual Studio软件为平台,设计了系统上位机的监控界面,可实现土壤和环境参数的实时检测和存储、作物需水状况的分析管理以及实时预警和灌溉决策。试验结果表明,该智能灌溉决策系统可在无人干预的情况下,根据传感器采集的信息自行判断作物需水情况,当系统认为作物需要灌溉时自行驱动灌溉装置完成灌溉,从而实现蓝莓园的远程精确灌溉,节省了人力物力,有效提高了灌溉水的利用率。     

基于ZigBee技术与BP神经网络的棉田自动灌溉控制系统设计

针对新疆水资源紧缺、农业用水量大的一系列问题,基于ZigBee技术设计一种能够实现棉田自动灌溉系统,该系统进行了无线传感器网络节点设计,组建了模块化的设计方案包括信息采集模块、控制模块和通讯模块,通过采集模块采集到的模拟电压信号通过A/D转换成数字信号以便单片机进行处理。通过GPRS通讯模块将信息发送到由组态软件Labview设计人机交互界面,可以监控滴灌现场情况做出自动和手动调整。建立BP神经网络的监测预警模型,并利用这种计算量小的方法来实现稳定监测并达到预警稳定的效果。该系统运行稳定,能够实现数据采集,适用于棉田灌溉的实时监控。     

作物需水信息远程实时采集系统的设计

作物需水信息的快速获取和实时传输是实现智能诊断和精量灌溉的前提。为此,设计了一种实时采集影响作物需水多环境参数的多通道数据采集系统。该系统以超低功耗单片机MSP430F149为核心处理模块、西门子MC39i为无线传输模块,以计算作物需水量的彭曼—蒙特斯公式中的主要气象要素(温度、湿度、日照时数、风速、辐射)和土壤湿度作为采集对象,根据各传感器输出信号设计了数据采集通道数量及类型。设计选用了系统的实时时钟电路、数据存储模块、LCD液晶显示以及控制键盘等电路,开发了系统各模块的控制软件,实现了通道选择、数据采集、数据处理、液晶显示及无线数据传输等功能。经电位器模拟输出电压测试,系统能实现数据采集和实时显示的功能,可以应用于灌溉决策系统中作物需水信息的实时监测。     

自动化灌溉控制工程技术的研究与应用

现代化农业对作物生长微环境要求高,对灌水时间、灌水量、灌水部位、水肥营养供给等都有更精确要求,自动化灌溉控制工程技术正是支撑现代化农业的一项基础性技术措施.为此,山东省水科院技术人员,经过多年来的技术开发与工程实践,集成电子信息技术、远程测控网络技术、计算机控制技术及信息采集处理技术,通过计算机通用化和模块化的设计程序,构筑供水流量、压力、土壤水分、作物生长信息、气象资料的自动监测控制系统,进行水、土环境因子的模拟优化,实现灌溉节水、作物生理、土壤湿度等技术控制指标的逼近控制,从而将农业高效节水的理论研究提高到现实的应用技术水平。该项技术已针对山东省不同种植作物、不同灌溉措施进行了系列推广,逐步形成了一套成熟的完整的应用技术体系。     

基于土壤湿度参数的自动化节水灌溉装置在草坪绿地上的应用

草坪建植和养护需要消耗大量水资源，而我国人均淡水量仅有2 240 m3，是世界平均淡水拥有水平的1/4，因此，草坪业在我国发展缓慢，群众接受度较低。基于土壤湿度参数的绿地草坪自动化节水灌溉装置由控制器、传感器、电磁阀及中央控制器构成，理论核心是草坪调亏灌溉理论。装置通过在草坪土层中安装测定土壤持水量的传感器，采集土壤湿度信息，将数据反馈给控制终端，控制终端结合草坪草的性质及传感器反馈的信息，确定出该草坪所处的水分需求状态，从而通过控制电磁阀开闭来控制灌溉量，对灌溉进行有效调控。该装置具备数据采集、灌溉控制、参数设置和数据处理等功能，可以精准控制土壤湿度，减少草坪耗水量、提高水分利用率，并设置适当水分胁迫，使草坪在更低的耗水量下长势更优。该文论述了装置的组成及运行原理，并结合市场现有灌溉装置进行对比与分析。结果表明，该装置实现了对草坪需水程度的实时监测与智能调控，减少无效灌溉，提升灌溉效率，可以发展出以减少灌溉定额、提升草坪质量为目的的新型灌溉模式，降低草坪养护成本。      

基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统设计

土壤墒情是精细农业发展的关键,传统的土壤墒情监测手段落后,仅仅依靠手持设备进行人工采集,需要耗费大量的人力物力,且墒情信息获取缺乏实时性和全面性,对农田灌溉工作和农作物的生长造成了较大的影响。为此,引入了云计算技术,构建了基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统,通过对土壤墒情信息系统的功能需求分析,完成了信息系统总体架构的设计,并对土壤墒情信息处理流程进行了优化分析。研究结果表明:基于云计算平台的农田土壤墒情信息系统能够保证墒情信息获取的实时性、有效性,同时墒情信息采集全面,数据共享及时,对实现精细农业具有主要意义。     

Field test of an automatic controller for solid-set sprinkler irrigation

The application of new technologies to the control and automation of irrigation processes is becoming very important, and the automatic generation and execution of irrigation schedules is receiving growing attention. In this paper, a prototype automatic irrigation controller for solid-set systems is presented. The device is composed by software and hardware developments. The software was named Ador-Control and it integrates five modules: the first four modules simulate drop trajectories, water distribution, crop growth and yield, and the last module ensures bidirectional communication between software and hardware. Decision variables based on soil, crop, and irrigation performance indexes were used to make real-time irrigation decisions. A randomized experimental design was designed to validate the automatic controller over a corn crop during two seasons. Three treatments were analyzed: T0) manual programmer or advanced farmer; T1) automatic scheduling controlled by indexes based on soil simulated water content and irrigation performance; and T2) advanced automatic scheduling controlled by simulated thresholds of crop and irrigation indexes. Experimental results in 2009 and 2010 indicated that automatic irrigation treatments resulted in similar maize yield but using less water than manual irrigation (10 % between T0 and T1, and 18 % between T0 and T2).     

基于物联网技术的江西丘陵地区土壤墒情监测

针对江西丘陵地区作物种植分布广、监测点多、布线和供电困难等特点,利用物联网技术,采用高精度土壤温湿度传感器和智能气象站,建立土壤墒情监测系统,远程在线采集代表性地块土壤墒情、气象信息,实现墒情（旱情）自动预报、灌溉用水量智能决策和远程灌溉设备自动控制等功能。      

黔中地区旱地黄壤抗干旱能力研究

对地处贵州中部的旱地黄壤水分特征曲线测定的基础上,通过2年的定位观测,旱地黄壤无效水分含量高、有效水分贮量少,作物利用难度大,抗干旱能力低,黄壤季节性干旱主要受制于降水;土壤水分耗竭随季节性气候特点和作物种类而异,旱地灌溉应结合季节性气候特点和作物种类等因素进行综合考虑,因地制宜地发展集雨工程,确定灌溉合理的灌水量是解决黄壤旱地季节性干旱的主要措施。     

土壤水分监测与灌溉预报系统设计

土壤水分监测与灌溉预报是实现作物适时适量灌溉的基础。提出了一种新的土壤水分监测与灌溉预报系统,依据实时采集的数据信息,判断作物用水情况,采用智能方法,建立高准确度土壤墒情与灌溉预报的模型,实现作物用水信息实时管理。     

基于物联网的安徽省农田灌溉实时监测及自动灌溉系统研究

农田灌溉缺乏科学技术的指导,多存在大水漫灌等粗放式灌溉现象,水资源浪费问题突出。基于物联网技术,利用信息传感、实时监测和自动控制等科技手段,实现了土壤墒情及灌溉流量等信息的自动采集、数据的远程存储与分析以及灌溉的自动控制,该系统的研究对安徽省智能灌溉的发展具有重要意义。     

基于GSM/FSK的膜下滴灌智能监控系统研究

针对传统的农田自控系统存在的不足,采用GSM网络技术和FSK调制方式开发出了农田滴灌智能监控系统。该系统由数据采集子系统、决策支持子系统和自动控制子系统三大功能模块共同组成交叉式的三级网络结构,采用基于土壤湿度临界值、CWSI指数、作物生长模型和Penman-Monteith蒸散量模型进行智能化决策,实现了基于GSM/FSK的农田环境参数自动采集、灌溉智能决策与监测控制等功能。系统在新疆兵团农六师111团70hm2覆膜滴灌棉田上示范应用,效果良好。